第6章集成运算放大器基本应用电路

《第6章集成运算放大器基本应用电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章集成运算放大器基本应用电路（49页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、哈里哈里 布莱克布莱克（Harry Black） 由于话音信号的漂移由于话音信号的漂移使得输出信号不稳定，使得输出信号不稳定，第一位提出，利用大增第一位提出，利用大增益带宽积中提取小的增益带宽积中提取小的增益带宽积宽解决信号稳益带宽积宽解决信号稳定的思路。定的思路。1934年年 但随之而来的是但随之而来的是振荡。振荡。波特波特（H W Bode） 1945年波特提出了图形年波特提出了图形化方式分析反馈系统稳定化方式分析反馈系统稳定性的方法。使用了对数方性的方法。使用了对数方法将复杂的数字计算转变法将复杂的数字计算转变成简单直观的图形分析。成简单直观的图形分析。威廉威廉邵克雷邵克雷（Willia

2、m Shockley）晶体管之父晶体管之父 与约翰与约翰巴丁、瓦尔巴丁、瓦尔特特伯莱顿伯莱顿1947年在贝年在贝尔实验室共同完成了尔实验室共同完成了这项伟大的发明，并这项伟大的发明，并因此分享了因此分享了1956年的年的诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。罗伯特罗伯特诺伊斯诺伊斯（Robert Noyce）硅谷创始人之一硅谷创始人之一 集成电路的发明者集成电路的发明者1957年创办半导体工业的摇篮年创办半导体工业的摇篮仙童半导体公司仙童半导体公司1968年创办英特尔公司年创办英特尔公司多多核核处处理理器器 提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相应的提高单核芯片的速度会产生过多热量且无法带来相

3、应的性能改善，而且速度稍快的处理器价格要高很多。性能改善，而且速度稍快的处理器价格要高很多。 2006年年7月月23日，英特尔基于酷睿日，英特尔基于酷睿(Core)架构的处理器架构的处理器正式发布。正式发布。 黄仁勋，美籍华人黄仁勋，美籍华人NVIDIA（英伟达）（英伟达）公司总裁公司总裁 。 1993 年创办年创办NVIDIA，今天全球最大显卡芯今天全球最大显卡芯片厂商之一。片厂商之一。含含30亿晶体管的亿晶体管的GF110核心核心运算放大器运算放大器(operational amplifier)，简，简称为运放，它是一种高增益直流放大器，称为运放，它是一种高增益直流放大器，最初用在模拟计算

4、机中进行各种数学运最初用在模拟计算机中进行各种数学运算，因此而得名。算，因此而得名。特点：性能稳定，可靠性高，寿命长，特点：性能稳定，可靠性高，寿命长，体积小，重量轻，耗电量小等优点。体积小，重量轻，耗电量小等优点。第第6章章 集成运算放大器基本应用电路集成运算放大器基本应用电路 6.1 引言引言 6.2 理想运算放大器理想运算放大器 6.3 比例运算电路比例运算电路 6.4 加减运算电路加减运算电路 6.5 积分和微分运算电路积分和微分运算电路 6.6 对数和指数运算电路对数和指数运算电路 6.7 电压比较器电压比较器 1. 什么是理想运算放大器？什么是理想运算放大器？ 2. 理想运往工作在

5、线性区和非线性区时各具有什么理想运往工作在线性区和非线性区时各具有什么特点？特点？ 3. 运算电路的基本构成原则是什么？怎样分析和计运算电路的基本构成原则是什么？怎样分析和计算各种运算电路？算各种运算电路？ 4. 电压比较器中的集成运放工作在什么状态？单限电压比较器中的集成运放工作在什么状态？单限比较器、滞回比较器、窗口比较器的差别在哪里？比较器、滞回比较器、窗口比较器的差别在哪里？6.1 引言引言6.2理想运算放大器理想运算放大器6.2.1 理想运放的性能指标理想运放的性能指标1. 开环差模电压增益开环差模电压增益 Aod = ；5. 共模抑制比共模抑制比 KCMR = ；2. 差模输入电阻

6、差模输入电阻 rid = ；输出电阻输出电阻 ro = 0；4. UIO = 0、IIO = 0、 UIO = IIO = 0；3. 输入偏置电流输入偏置电流 IIB = 0；6. 无内部干扰和噪声无内部干扰和噪声7. 通频带通频带BW=6.2.2 理想运放工作在线性区和非线性区的特点理想运放工作在线性区和非线性区的特点输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即大关系，即)(odO uuAu u uOu i i+Aod理想运放工作在线性区特点：理想运放工作在线性区特点：（1）虚短）虚短0)(odO Auuu即即 uu“虚短虚短”0uu“虚地虚

7、地”如如1. 理想运放工作在线性区的特点理想运放工作在线性区的特点（2）虚断）虚断由于由于 rid = ，两个输入端均没有电流，即，两个输入端均没有电流，即0 ii“虚断虚断”2. 理想运放工作在非线性区的特点理想运放工作在非线性区的特点+UOMuOu+ u O UOM理想特性理想特性集成运放的电压传输特性集成运放的电压传输特性当当 uP uN时，时，uO = + UOM当当 uP uN N时时, uO = UOMuO 的值只有两种可能的值只有两种可能在非线性区内，在非线性区内，( (uP uN N) )可能很大，即可能很大，即 uP uN N。 “虚地虚地”不存在不存在理想运放的输入电流等于

8、零理想运放的输入电流等于零0NPii实际运放实际运放 Aod ，当，当 uP 与与 uN差值比较小时，仍有差值比较小时，仍有 Aod (uP uN N )，运放工作在线性区。，运放工作在线性区。例如：例如：F007 的的 UoM = 14 V，Aod 2 105 ，线性，线性区内输入电压范围区内输入电压范围V70102V 145odOMAUuuNPuOuP uN NO实际特性实际特性非线性区非线性区非线性区非线性区线性区线性区但线性区范围很小。但线性区范围很小。集成运放的应用首先表现在它能够构成各集成运放的应用首先表现在它能够构成各种运算电路上。种运算电路上。在运算电路中，集成运放必须工作在线

9、性在运算电路中，集成运放必须工作在线性区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络能够实现各种数学运算。能够实现各种数学运算。基本运算电路包括：基本运算电路包括：比例、加减、积分、微分、对数、指数比例、加减、积分、微分、对数、指数* R2 = R1 / RF由于由于“虚断虚断”，i+= 0，u+ = 0；由于由于“虚短虚短”， u = u+ = 0“虚地虚地”由由 iI = iF ，得，得Fo1IRuuRuu IFIofRRuuAu 反相输入端反相输入端“虚地虚地”，电路的输入电阻为，电路的输入电阻为Rif = R11.基本电路基本电路(电压并联负反馈电压并联负反馈

10、)6.3.1 反相比例运算电路反相比例运算电路IIFouRRu引入引入深度电压并联负反馈深度电压并联负反馈，电路的输出电阻为，电路的输出电阻为R0f =06.3 比例运算电路比例运算电路T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路T型网络反相比例运算电路型网络反相比例运算电路电阻电阻R2 、 R3和和R4构成构成T形网络电路形网络电路节点节点N的电流方程为的电流方程为22M1IiRuRuI3123M3uRRRRuii4 = i2 + i3输出电压输出电压u0= -i2 R2 i4 R4 所以所以将各电流代入上式将各电流代入上式I342I42o)/1 (uRRRRRRu6.3.2 同相比例运算

11、电路同相比例运算电路*R2 = R1 / RF根据根据“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点，可知的特点，可知i+ = i- - = 0；又又 u = u+ = uOF11uRRRu 所以所以IOF11uuRRR 所所以以IFIOf1RRuuAu 得：得：由于该电路为电压串联负反由于该电路为电压串联负反馈，所以输入电阻很高。馈，所以输入电阻很高。IIFo)1 (uRRuuRif= Ri ( 1+Aod F )6.3.3 差分比例运算电路差分比例运算电路11RR FFRR 在理想条件下，由于在理想条件下，由于“虚断虚断”，i+ = i = 0IF1FuRRRu OF11IF1FuRRRuRRRu 由